WO1992022048A1 - Übertragungsverfahren für ein infrarot-fernsteuersystem - Google Patents

Übertragungsverfahren für ein infrarot-fernsteuersystem Download PDF

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WO1992022048A1
WO1992022048A1 PCT/CH1992/000100 CH9200100W WO9222048A1 WO 1992022048 A1 WO1992022048 A1 WO 1992022048A1 CH 9200100 W CH9200100 W CH 9200100W WO 9222048 A1 WO9222048 A1 WO 9222048A1
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burst
transmission
signals
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Markus Thaler
Urs Jost
Stefan Sigrist
Peter Schmid
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Feller Ag
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G08C19/16—Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses
    • G08C19/28—Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses using pulse code
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C23/00—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems
    • G08C23/04—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems using light waves, e.g. infrared
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/19—Controlling the light source by remote control via wireless transmission
    • H05B47/195—Controlling the light source by remote control via wireless transmission the transmission using visible or infrared light

Definitions

  • the present invention relates to a transmission method for an infrared remote control system for transmitting data sequences or telegrams, triggered by long and short keystrokes on a keyboard, between a transmitter and a receiver, where the different key presses of the keyboard are interpreted.
  • Pseudo-continuous processes for example the sequential running through a series of discrete control values, are conventionally carried out during a keystroke, for example in the case of remote control by transmitting one command per step, or by transmitting a few commands, the non-arrival of a command during a certain time as the end of the Keypress is interpreted, or controlled by the transmission of the beginning and end of the keypress
  • Data sequences i.e. So-called transmission protocols are used for data which are represented by on or off states.
  • a station transmits such data sequences, for example with the aid of high-frequency waves, and a receiving station evaluates the received data sequences, for which purpose it must know the transmission protocol. This essentially determines the form and content of the transmitted data and only makes it evaluable.
  • the object of the invention is to find a transmission method that ensures the safe transmission of a long key press with the smallest possible number of commands, the end of the key press should be recognized as accurately as possible, and which only requires a limited amount of energy
  • repeat signals R are transmitted repeatedly by the transmitter from pressing until the key on the keyboard is released, the release of the key generating a separate changeover signal S and ending the transmission of the repeat signals R, and for transmission the repetition and changeover signals R and S a burst-pause modulation method is provided in the transmitter, the number of burst periods per burst packet of duration TB, and the burst intervals TAO, TA1 ... being chosen in such a way that during the pauses with a power supply low voltage and capacity to charge a memory via a DC / DC converter, which provides the necessary energy and voltage amplitude for the transmission
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that a circuit is provided which, in the receiving device, does not interpret the lack of a repeat command as the end of the key press but only as an interruption
  • a further, preferred embodiment of the invention is characterized in that the first repeat signal is emitted after a longer pressing of the key than 400 milliseconds and is repeated at intervals of at most 1 second until the key is released.
  • a special, preferred embodiment of the invention is characterized in that a circuit is provided in the receiver, which after receiving a
  • pseudo-continuous processes can be reliably controlled with the aid of a long button press on the transmitting device, for example of several seconds. If the repetition signal is interrupted, the process is not interrupted, but merely interrupted, and can be continued when the repetition signals are received again.
  • a dimming process which is initiated and continued by means of a long push of a button is not interrupted because of the interruption of the transmission signal, for example by temporarily covering the transmitter-receiver connection, but merely interrupted.
  • the dimming process is continued in the original direction.
  • a changeover signal is sent, for example, as a separate command for a light control.
  • This changeover signal indicates the end of the current process, for example the dimming process described.
  • the direction of the dimming function can be reversed and the next repeat signals received cause a dimming effect opposite to the original direction.
  • the preferred embodiments of the invention provide that 16 periods are used per burst packet, and the interval between breaks is at least 10 times the burst packet length
  • Another preferred embodiment provides that four different information units with four different burst distances are used, with one information unit each for identifying the start or. the end of the data sequence and to represent states 0 and 1.
  • the method according to the invention makes it possible to reliably transmit telegrams or data sequences even with transmitters with a weak energy supply. It is now possible for the transmitter to refresh its energy store during the burst intervals in order to send out the next burst packet with sufficient power.
  • the energy store no longer has to be dimensioned so large to ensure uninterrupted transmission power. Smaller-sized energy stores are also noticeably smaller in terms of dimensions and weight than larger energy stores, which means reduced dimensions and smaller weight, and thus greater ease of use, especially for hand transmitters
  • FIG. 1 is a block diagram of the transmitter according to the invention
  • Figure 3 The telegram structure of a telegram to be transmitted
  • FIG. 7 is a block diagram of the receiver according to the invention.
  • Figure 8 is a block diagram of the preamplifier
  • Figure 9 A diagram of the signal transmission depending on a long T.
  • Pushing a button and the corresponding light control Figure 10 A diagram of the signal transmission depending on a short
  • FIG. 1 shows the block diagram of the transmitter 10.
  • the transmitter 10 is, for example, an infrared transmitter for controlling various electrical consumers, such as lighting fixtures, audio devices and window blinds.
  • the transmitter 10 consists of a keyboard 12, a first microprocessor or ASIC 14, a feed 16, an address preselector 18 and a transmission stage 20.
  • the feed 16 is activated via a first control signal S1 of the keyboard 12 and builds it for the microprocessor or ASIC 14 and the supply voltage VS necessary for driving the transmission diode D2 of the transmission stage 20.
  • the microprocessor or ASIC 14 starts up and takes control of the supply 16 with a second control signal S2.
  • the output signal T5 of the keyboard 12 is read in by the microprocessor or ASIC 14 and indicates which key on the keyboard 12 was pressed.
  • the first control signal S1 and the second control signal S2 are assigned to a logic OR circuit 19 which generates a third control signal S3 which activates the supply 16
  • the microprocessor or ASIC 14 then generates a fourth address control signal S4 with which the device address AI, A2, A3, A4 .... set on the address selection device 18 with the aid of coding switches 22 is selected by a logic circuit 21.
  • the addresses are represented, for example, with eight address bits, the address space (see FIG. 2) being logically divided into four banks (2 bits), each with eight groups (3 bits), each with eight device addresses (3 bits)
  • a group address G can be set on the transmitter 10 using a coding switch 22, and four device addresses can be freely selected within this group.
  • the bank address is hardwired.
  • the command transmission between the transmitter 10 and the receiver of a control device is based on individual data sequences or telegrams (one * command is transmitted per telegram), the information being digitally encoded.
  • a telegram consists of:
  • the start bit SOT and the stop bit EOT are used for synchronization purposes so that the start or end of a telegram is clearly recognized.
  • Exactly one of these device addresses is assigned to each key of the keyboard 12.
  • the device address specified in the output signal A5 of the logic circuit 21 determines the three least significant bits of the address field in the telegram (FIG. 3).
  • the group address G set with the coding switch 22 is read in and determines the three higher-order address bits of the telegram.
  • the two most significant bits of the address field are filled with corresponding bank addresses.
  • the four data bits are used to represent the corresponding commands.
  • the address and data field generated in this way is supplemented with the further bits for data backup (CRC Coding) and so the telegram (Fig. 3) is formed
  • the microprocessor 14 carries out a burst-pause modulation (pulse position modulation and subsequent carrier frequency modulation) and generates a transmit control signal TM for actuating a transmit amplifier 24 which is connected in series with the transmit diode D2
  • This transmit amplifier 24 generates the transmit current IS through the diode D2, which generates light signals in the infrared range in accordance with the current. Since the supply cannot provide enough energy to generate the transmit current IS, a capacitor C1 is used for intermediate storage of the energy, which is dimensioned in this way that an entire telegram with at least the current strength IS can be sent.
  • the microprocessor or ASIC 14 deactivates the supply 16 by means of the second control signal S2, with which the current consumption in standby mode can be reduced to a negligible value.
  • the circuit of the feed 16 is shown in FIG. 4 Only one battery 26 with a low voltage (1.5 volt cell) is used to supply the transmitter 10. However, a higher voltage is required to control the infrared transmitter diode D2 and the microprocessor or ASIC 14. This is achieved by the battery 26
  • a magnetic DC / DC converter 28 is connected in series, which transforms the low input voltage VB to a higher voltage level VS.
  • a control circuit 32 is activated via the control input 30 of the third feed control signal S3, thus switching a transistor T1 and on Current IL begins to flow through a coil L. A quantity of energy proportional to the current is stored in the coil L.
  • the energy in the coil dissipates and flows through a diode D4 into the capacitor C1, which causes a voltage to build up across the capacitor C1 repeated switching on and off of the transistor T1, energy packets are transmitted into the capacitor C1, which gradually builds up the voltage. This continues until the desired voltage VS is built up across the capacitor C1.
  • the control circuit 32 determines that the desired voltage has been reached and detects it switching the transistor T1 on and off periodically until the control voltage UR drops below a predetermined value.
  • the periodic switching on and off is generated by an oscillator, and the coil L can also be used as a frequency-determining component.
  • the oscillator is built in the control circuit 32
  • the voltage converter 28 When the infrared transmitter 10 is activated, the voltage converter 28 is put into operation.
  • the voltage of the battery 26 is thus transformed to the desired, higher voltage level VS and is preferably stored in the capacitor C1 as an energy supply.
  • the telegram to be transmitted is transmitted by means of of the controlled transmit amplifier 24 and the infrared diode D2 and the capacitor C1 is thus partially emptied again. This makes it possible, for example, to get by with a single 1.5 volt cell as the energy source.
  • the IR transmitter 10 can thus be made smaller than conventional, or have more space for the transmitter electronics. Fewer batteries also need to be replaced.
  • the telegram transmission method is shown schematically in FIGS. 5, 6
  • transmitter 10 Only a limited power supply is available in transmitter 10 (battery, 1.5 V, type AAA), which is why the transmission method must be selected in this way that the required range (approx. 20 m) and the service life (approx. 3 years under normal conditions of use) for the battery 26 can be maintained.
  • the telegram is transmitted using a burst pause modulation method.
  • the individual bits are encoded in the microprocessor 14 using a PPM method (pulse position modulation) and then modulated with a carrier frequency.
  • the information carrier in this encoding is the distance between two pulses (TAO, TA1 FIG. 5).
  • EOT EOT
  • O EOT
  • 1 SOT
  • SOT SOT
  • the individual pulses are modulated with a carrier frequency (447.5 KHz) in such a way that 16 periods of the carrier frequency are transmitted per pulse.
  • a pulse packet is referred to as a burst with the burst length TB (32 us).
  • the modulated PPM signal (FIG. 6) is referred to as a BPM signal (burst position modulation).
  • This coding and modulation method is very energy-saving since energy is only consumed during the burst phases and the distances between the bursts (TAO, TB, TA1-TB, etc.) can be used to at least partially fill up a temporary energy store, especially if the burst distances are chosen much larger than the burst length.
  • a burst packet of duration TB has, for example, 16 periods, ie 16 short light flashes are emitted by the IR transmitter diode D2. After a distance of the duration TAO, a second burst packet is emitted again.
  • the burst intervals TAO, TA1 are chosen so that the transmitter 10 has enough Time remains, namely TAO - TB, in order to prepare the still missing energy for the transmission of the following burst packet if it does not always have a sufficient energy reserve.
  • transmitters with a weak energy source can transmit
  • Such infrared signals can be used in that they do not continuously emit a weak signal, but only emit a stronger signal, the burst, for a limited period of time.
  • the dimensions and the weight of the transmitting device can thus be reduced, since the energy source, in particular in hand-held transmitters, is usually the heaviest and most inflexible element in terms of dimensions
  • the receiver 36 (FIG. 7) thus evaluates the burst distances between the received burst packets, recognizes the various telegrams, and forwards them to an evaluation circuit 38 in accordance with the above coding.
  • the receiver 36 consists of a receiving diode Dl which converts infrared signals into current, a preamplifier 40 which pre-processes the received weak current signals in such a way that they can be further processed by a downstream second microprocessor 42 of the evaluation circuit 38.
  • the infrared light signal (light burst packet) is converted into a current burst with the receiving diode D1.
  • a bandpass 44 (FIG. 8) can be used to filter this current burst, which sufficiently dampens all disturbances that are not in the range of the carrier frequency is capable of allowing the bursts to pass Most interference frequencies in the infrared range are in the frequency range around 40 kHz (e.g. ballasts etc.)
  • the preamplifier 40 (FIG. 8) is designed in such a way that the received signals are first filtered and then amplified. After the amplification, the number of periods of the received signal is counted in a pulse counter 46 and if the required number of periods has been received, a single receive pulse S5 is forwarded to the second microprocessor or ASIC 42, which then evaluates the intervals between these pulses
  • the evaluation circuit 38 of the receiver 36 also contains two coding switches 48 for determining the device address AI (3 least significant bits) and the group address G (3 more significant bits).
  • the second microprocessor 42 reads these addresses when a command telegram is received and compares the address field with the address set on the receiver 36. If the addresses match, the command is saved for further processing, otherwise it is discarded. At the same time the command telegram is checked for incorrect transmission with the aid of the data backup bits. If the received telegram is found to be not in order, the telegram is rejected.
  • the evaluation circuit 38 further contains a memory 50 (RAM / EEPROM) for storing states for the control of the control unit 52.
  • RAM / EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • MODE inputs inform the microprocessor 42 which type is to be controlled by the control unit 52, with which it then does the corresponding Retrieves the program in the program memory 54 (ROM). It is thus possible to use a single microprocessor 42 to generate a number of different control signals S6 for different types of control units 52 (for example phase control, relays, etc.), depending on the MODE inputs.
  • FIG. 9 shows a diagram of the transmitter transmission from a long button press with infrared transmission of the telegrams using a restricted energy supply in the transmitter for controlling continuous and pseudo-continuous processes with only one button.
  • a key (for example T1) on the keyboard 12 of the transmitter 10 is pressed at the time TD and released at the later time TE, as shown in FIG. 9 in the upper diagram
  • TW is 400 ms
  • the keystroke is interpreted as "long", and from this point on repeat signals R (or HOLD commands) are sent at a distance TR from the first (microprocessor 42) until the key is released at time TE.
  • a switchover signal S (or TOGGLE command) is sent by the microprocessor 42, and the transmission of the repeat signals R ends.
  • the release of the key causes a reversal of direction for the control variable.
  • a long key press can be used, for example, to control a pseudo-continuous process so that the output control signal S7 of the control unit 52 of the receiver 36 is changed by a small amount delta S in small time steps delta T, e.g. dimming lights.
  • the distance TR of the repetition signals must be chosen to be sufficiently large (little energy consumption). consumption and thus increased battery life), on the other hand, the end of the key press should be able to be detected as precisely as possible by the receiver 36, for example to be able to set the end value as precisely as possible when dimming.
  • the switchover signal S is sent when the key is released and the receiver 36 interprets this as the end of the key press.
  • the distance TR between the repeat commands can thus be chosen to be large (800 ms).
  • the time steps delta T for the control variable are small in relation to the distance between the repeat commands R (approx. 60 ms) and the end value can still be set precisely because the switch signal is sent immediately when the button is released.
  • Fig. 10 shows the diagram of the transmitter transmission for a short button press that lasts less than 400 ms.
  • a changeover signal S is sent by the microprocessor or ASIC 14, which switches the receiver 36 to ON or. OFF switches depending on whether the current state is OFF or. Was one.
  • the HOLD function is used to establish a logical connection between transmitter 10 and receiver 36 and is used to transmit a long key press (> 400 ms).
  • a short key press generates a switchover signal S or switchover telegram
  • a long key press generates repeat signals R or repeat telegrams, followed by a switchover telegram S when the key is released.

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Abstract

Zür Übertragung von durch lange Tastendrücke ausgelösten Signalen von einem Sender zu einem Empfänger werden während des Gedrückthaltens der Taste Repetiersignale (R) ausgesendet. Das Loslassen der Taste löst jeweils ein separates Umschaltsignal (S) aus. Für die Übertragung der Repetier- und Umschaltsignale (R) und (S), wird ein Burst-Pausen Modulationsverfahren verwendet. Dabei sind die Informationseinheiten durch unterschiedliche Längen der Burstabstände definiert. Die Burstabstände und die Burstpakete sind so gewählt, dass Infrarotsender mit beschränkter Energiespeisung verwendet werden können.

Description

Übertragungsverfahren für ein Infrarot-Fernsteuersystem
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Übertragungsverfahren für ein Infrarot-Fern¬ steuersystem zur Übertragung von Datensequenzen oder Telegrammen, ausgelöst durch lange und kurze Tastenbetätigungen einer Tastatur, zwischen einem Sender und einem Empfänger, wo die unterschiedlichen Tastendrücke der Tastatur inter¬ pretiert werden.
STAND DER TECHNIK
Pseudokontinuierliche Vorgänge, beispielsweise das sequentielle Durchlaufen einer Reihe von diskreten Stellwerten, werden herkömmlicherweise während eines Tastendruckes, beispielsweise bei einer Fernsteuerung durch Übertragung eines Befehles pro Schritt, oder durch die Übertragung einiger weniger Befehle, wobei das Nichteintreften eines Befehles während einer bestimmten Zeit als Ende des Tastendruckes interpretiert wird, oder durch das Übertragen vom Anfang und Ende des Tastendruckes gesteuert
Für die Übertragung von binär-codierten Datengruppen resp. Datensequenzen, d.h. Daten, welche durch Ein- respektive Aus-Zustände dargestellt werden, werden so¬ genannte Übertragungsprotokolle verwendet Dabei sendet eine Station derartige Datensequenzen beispielsweise mit Hilfe hochfrequenter Wellen ab, und eine Empfangsstation wertet die empfangenen Datensequenzen aus, wozu sie das Über¬ tragungsprotokoll kennen muss. Dieses legt im Wesentlichen die Form und den Inhalt der übertragenen Daten fest und macht sie erst auswertbar.
Derartige Protokolle sind in einer Vielzahl bekannt und werden in der gesamten Datenübertragungstechnik genutzt Die grosse Zahl unterschiedlicher Protokolle erklärt sich hauptsächlich aus der Vielfalt der Verwendungszwecke, wie beispiels¬ weise Datenübertragung von Computerinformationen oder reinen Steuerinforma- tionen für Apparate. Insbesondere sind auch die Datensicherheit, -Integrität und - Übertragungsgeschwindigkeit massgebende Einflussgrössen, welche sich zum Teil gegenseitig behindern. Ebenfalls ist das Übertragungsmedium zu berücksichtigen.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Übertragungsverfahren zu finden, das mit einer möglichst geringen Anzahl von Befehlen eine sichere Übertragung eines langen Tastendruckes gewährleistet, wobei das Ende des Tastendruckes möglichst genau erkannt werden soll, und das nur eine beschränkte Energiemenge benötigt
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass vom Drücken bis zum Loslassen der Taste der Tastatur wiederholt Repetiersignale R vom Sender übermit¬ telt werden, wobei das Loslassen der Taste ein separates Umschaltsignal S erzeugt und das Aussenden der Repetiersignale R beendet, und dass für die Übertragung der Repetier- und Umschaltsignale R und S ein Burst-Pausen Modulationsverfahren im Sender vorgesehen ist, wobei die Anzahl der Burstperioden je Burstpaket der Dauer TB, und die Burstabstände TAO, TA1... derart gewählt sind, um während der Pausen trotz einer Stromversorgung mit niedriger Spannung und Kapazität über einen DC / DC Wandler einen Speicher aufzuladen, der die notwendige Energie und Spannungsamplitude für die Übertragung bereitstellt
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Schaltung vorgesehen wird, welche beim Empfangsgerät das Fehlen eines Repetierbefehls nicht als Ende des Tastendruckes sondern nur als Unterbruch inter¬ pretiert
Eine weitere, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet dadurch, dass das erste Repetiersignal nach einem längeren Drücken der Taste als 400 Millisekunden ausgesendet wird und im Abstand von höchstens 1 Sekunde wiederholt wird, bis die Taste losgelassen wird. Eine besondere, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass im Empfänger eine Schaltung vorgesehen wird, welche nach Empfang eines
Repetiersignales während mindestens des Zeitabstandes der Repetiersignale eine
Anzahl diskreter Steuersignale erzeugt
Durch das erfindungsgemässe Übertragungsverfahren lassen sich mit Hilfe eines langen Tastendruckes beim Sendegerät, beispielsweise von mehreren Sekunden, zuverlässig pseudokontinuierliche Vorgänge steuern. Bei einem Unterbruch des Empfangs des Repetiersignales wird der Vorgang nicht abgebrochen, sondern ledig¬ lich unterbrochen, und kann beim erneuten Empfang von Repetiersignalen fortge¬ setzt werden. Dadurch wird beispielsweise bei einer Licht-Steuereinrichtung ein Dimmvorgang, welcher mittels eines langen Tastendruckes eingeleitet und fortge¬ setzt wird, nicht wegen der Unterbrechung des Sendesignales beispielsweise durch vorübergehende Abdeckung der Sender-Empfänger-Verbindung abgebrochen, sondern lediglich unterbrochen. Sobald weitere Repetiersignale empfangen werden, wird der Dimmvorgang in der ursprünglichen Richtung fortgesetzt Beim Loslassen der Taste wird beispielsweise für eine Lichtregelung als separater Befehl ein Um¬ schaltsignal ausgesendet Dieses Umschaltsignal kennzeichnet das Ende des gerade laufenden Vorganges, beispielsweise des geschilderten Dimmvorganges. Damit kann beispielsweise die Richtung der Dimmfunktion umgekehrt werden, und die nächsten empfangenen Repetiersignale bewirken eine zur ursprünglichen Richtung entgegensetzte Dimmwirkung. Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass 16 Perioden pro Burstpaket verwendet werden, und der Pausenabstand wenigstens das 10-fache der Burstpaketlänge beträgt
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass vier unterschiedliche Informationseinheiten mit vier verschiedenen Burstabständen verwendet werden, wobei je eine Informationseinheit zur Kennzeichnung des Beginns resp. des Endes der Datensequenz und zur Darstellung der Zustände 0 und 1 verwendet wird.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird es ermöglicht, Telegramme oder Datensequenzen auch mit Sendern mit schwacher Energieversorgung zuverlässig zu übertragen. Es ist nun möglich, dass der Sender während den Burstabständen seinen Energiespeicher auffrischt, um das nächstfolgende Burstpaket mit genügender Leistung auszusenden. Der Energiespeicher muss damit nicht mehr derart gross dimensioniert werden, um eine ununterbrochene Sendeleistung zu gewährleisten. Kleiner dimensionierte Energiespeicher sind auch in den Abmessungen und dem Gewicht merklich geringer als grössere Energiespeicher, was insbesondere für Handsender verringerte Abmessungen und kleineres Gewicht und damit einen grösseren Bedienkomfort bedeutet
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert
Es zeigen :
Figur 1 Ein Blockschaltbild des erfindungsgemässen Senders
Figur 2 Den gesamten Adressbereich des Senders
Figur 3 Die Telegrammstruktur eines zu übertragenden Telegrammes
Figur 4 Das Schaltschema der Speisung des Senders
Figur 5,6 Die PPM Codierung und das modulierte PPM Signal des Senders
Figur 7 Ein Blockschaltbild des erfindungsgemässen Empfängers
Figur 8 Ein Blockschaltbild des Vorverstärkers
Figur 9 Ein Diagramm der Signalübertragung in Abhängigkeit eines langen T
Tastendruckes und die enstprechende Lichtsteuerung Figur 10 Ein Diagramm der Signalübertragung in Abhängigkeit eines kurzen
Tastendruckes, und die entsprechende EIN /AUS Steuerung.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Figur 1 ist das Blockschaltbild des Senders 10 dargestellt Der Sender 10 ist zum Beispiel ein Infrarotsender zur Steuerung verschiedener elektrischer Verbraucher, wie Beleuchtungskörper, Audiogeräte, Fensterstoren. Der Sender 10 besteht aus einer Tastatur 12, einem ersten Microprozessor oder ASIC 14, einer Speisung 16, einer Adressvorwahleinrichtung 18 und einer Sendestufe 20.
Beim Drücken irgendeiner Taste der Tastatur 12 wird die Speisung 16 über ein erstes Steuersignal Sl der Tastatur 12 aktiviert und baut die für den Microprozessor oder ASIC 14 und für die Ansteuerung der Sendediode D2 der Sendestufe 20 notwendige Versorgungsspannung VS auf. Sobald die Speisung 16 die notwendige Spannung erreicht hat, startet der Microprozessor oder ASIC 14 auf, und übernimmt die Kontrolle über die Speisung 16 mit einem zweiten Steuersignal S2. Das Aus¬ gangssignal T5 der Tastatur 12 wird vom Microprozessor oder ASIC 14 eingelesen, und gibt an, welche Taste bei der Tastatur 12 gedrückt wurde.
Das erste Steuersignal Sl und das zweite Steuersignal S2 werden zu einer logischen ODER-Schaltung 19 zugeordnet, die ein drittes Steuersignal S3 erzeugt, das die Speisung 16 aktiviert
Der Microprozessor oder ASIC 14 erzeugt dann ein viertes Adresssteuersignal S4 mit dem die an der Adressvorwahleinrichtung 18 mit Hilfe von Codierschaltern 22 eingestellte Geräteadresse AI, A2, A3, A4 .... durch eine logische Schaltung 21 selektiert wird.
Die Adressen werden zum Beispiel mit acht Adressbits dargestellt, wobei der Adressraum (s Fig. 2) logisch in vier Banken (2 bits) mit je acht Gruppen (3 bits) zu je acht Geräteadressen (3 bits) aufgeteilt ist
Am Sender 10 ist jeweils eine Gruppenadresse G mit einem Codierschalter 22 einstellbar, und innerhalb dieser Gruppe können vier Geräteadressen frei gewählt werden. Die Bankadresse ist fest verdrahtet.
Die Befehlsübertragung zwischen dem Sender 10 und dem Empfänger eines Steuer¬ gerätes basiert auf einzelnen Datensequenzen oder Telegrammen (pro Telegramm wird ein* Befehl übertragen), wobei die Information digital codiert wird.
Die Telegrammstruktur eines Telegrammes ist in Fig. 3 dargestellt Ein Telegramm besteht aus :
- acht Adressbits
- vier Datenbits
- vier Datensicherungsbits (CRC Codierung)
- einem Startbit SOT (Start of Telegram)
- einem Stopbit EOT (End of Telegram) Das Startbit SOT und das Stopbit EOT werden für Synchronisationszwecke verwen¬ det, damit eindeutig der Beginn oder das Ende eines Telegrammes erkannt wird.
Jeder Taste der Tastatur 12 wird genau eine dieser Geräteadressen zugeordnet Die im Ausgangssignal A5 der logischen Schaltung 21 angegebene Geräteadresse bestimmt die drei niederwertigen Bits des Adressfeldes im Telegramm (Figur 3). Gleichzeitig wird die mit dem Codierschalter 22 eingestellte Gruppenadresse G ein¬ gelesen und bestimmt die drei höherwertigen Adressbits des Telegramms. Die zwei höchstwertigen Bits des Adressfeldes werden mit entsprechenden Bankadressen auf¬ gefüllt Entsprechend der Länge des Tastendruckes der Tastatur 12, werden die vier Datenbits zur Darstellung der entprechenden Befehle verwendet Das so erzeugte Adress- und Datenfeld wird mit den weiteren Bits zur Datensicherung ergänzt (CRC-Codierung) und so das Telegramm (Fig. 3) gebildet
Der Microprozessor 14 führt eine Burst-Pausen-Modulierung (Puls Position Modu¬ lation und nachfolgende Trägerfrequenzmodulation) durch, und erzeugt ein Sende¬ steuersignal TM zur Ansteuerung eines Sende Verstärker 24, der in Serie mit der Sendediode D2 geschaltet ist
Dieser Sendeverstärker 24 erzeugt den Sendestrom IS durch die Diode D2, welche entsprechend dem Strom Lichtsignale im Infrarotbereich erzeugt Da die Speisung nicht genügend Energie zur Erzeugung des Sendestromes IS zur Verfügung stellen kann, wird ein Kondensator Cl zur Zwischenspeicherung der Energie verwendet, der so dimensioniert ist, dass ein ganzes Telegramm mit mindestens der Stromstärke IS ausgesendet werden kann.
Sobald aufgrund des Tastendruckes (Taste losgelassen) keine weiteren Telegramme mehr ausgesendet werden müssen, deaktiviert der Microprozessor oder ASIC 14 die Speisung 16 durch das zweite Steuersignal S2, womit der Stromverbrauch im Standby Betrieb auf einen vernachlässigbaren Wert reduziert werden kann.
Die Schaltung der Speisung 16 ist in Fig 4. dargestellt Zur Speisung des Senders 10 wird nur eine Batterie 26 mit kleiner Spannung (1,5 Volt Zelle) verwendet Zur Ansteuerung der Infrarot Sendediode D2 und des Micro¬ prozessors oder ASIC 14 wird jedoch eine höhere Spannung benötigt Dies wird dadurch erreicht, dass der Batterie 26 ein magnetischer DC/DC-Wandler 28 nach¬ geschaltet wird, der die niedrige Eingangsspannung VB auf ein höheres Spannungs¬ niveau VS transformiert Über den Steuereingang 30 des dritten Speisesteuersignals S3 wird eine Regelungsschaltung 32 aktiviert, damit wird ein Transistor Tl einge¬ schaltet und ein Strom IL beginnt durch eine Spule L zu fliessen. In der Spule L ist eine zum Strom proportionale Energiemenge gespeichert Wird nun der Transistor Tl ausgeschaltet, baut sich die Energie in der Spule ab, und fliesst durch eine Diode D4 in den Kondensator Cl ab, womit sich über dem Kondensator Cl eine Spannung aufzubauen beginnt Durch wiederholtes Ein- und Ausschalten des Transistors Tl werden Energiepakete in den Kondensator Cl übertragen, womit sich allmählich die Spannung aufbaut Dies wird solange fortgesetzt, bis über dem Kondensator Cl die gewünschte Spannung VS aufgebaut ist Die Regelungsschaltung 32 stellt das Erreichen der gewünschten Spannung fest und stellt das periodische Ein- und Aus¬ schalten des Transistors Tl ein und zwar solange, bis die Regelspannung UR unter einen vorbestimmten Wert sinkt Das periodische Ein- und Ausschalten wird von einem Oszillator erzeugt, wobei die Spule L als frequenzbestimmendes Bauteil mit¬ verwendet werden kann. Der Oszillator ist in der Regelungsschaltung 32 eingebaut
Bei der Aktivierung des Infrarotsenders 10 wird der Spannungswandler 28 in Betrieb gesetzt Die Spannung der Batterie 26 wird damit auf das gewünschte, höhere Span¬ nungsniveau VS transformiert und vorzugsweise im Kondensator Cl als Energie¬ vorrat gespeichert Nach einer definierten Zeitspanne wird das zu übermittelnde Telegramm mittels des gesteuerten Sendeverstärkers 24 und der Infrarotdiode D2 ausgesendet und der Kondensator Cl damit wieder teilweise entleert Dadurch ist es möglich, beispielsweise mit einer einzelnen 1,5 Volt Zelle als Energiequelle auszu¬ kommen. Der IR-Senders 10 kann damit kleiner als herkömmlich gebaut werden, oder aber mehr Platz für die Sendeelektronik aufweisen. Ebenso müssen weniger Batterien ausgetauscht werden.
Das Telegramm- Übertragungsverfahren ist in Fig. 5, 6 schematisch dargestellt
Im Sender 10 steht nur eine beschränkte Energieversorgung zur Verfügung (Batterie, 1,5 V, Typ AAA), deshalb muss das Übertragungsverfahren so gewählt werden, dass die geforderte Reichweite (ca. 20 m) und die Lebensdauer (ca. 3 Jahre unter normalen Anwendungsbedingungen) für die Batterie 26 eingehalten werden kann.
Das Telegramm wird mit einem Burst-Pausen Modulationsverfahren übertragen. Für diese Übertragung werden im Microprozessor 14 die einzelnen Bits mit einem PPM Verfahren (Puls Position Modulation) codiert und anschliessend mit einer Trägerfrequenz moduliert Informationsträger bei dieser Codierung ist der Abstand zwischen zwei Pulsen (TAO, TA1 Fig. 5).
Insgesamt werden vier unterschiedliche Abstände verwendet : EOT, "O", "1" und SOT. Da das unmodulierte PPM Verfahren breitbandig ist, werden die einzelnen Pulse mit einer Trägerfrequenz (447,5 KHz) moduliert und zwar so, dass pro Puls 16 Perioden der Trägerfrequenz übertragen werden. Ein solches Pulspaket wird als Burst mit der Burstlänge TB (32 us) bezeichnet Das modulierte PPM Signal (Fig. 6) wird als BPM Signal (Burst Position Modulation) bezeichnet Dieses Codierungs¬ und Modulationverfahren ist sehr energiesparend, da nur während der Burstphasen Energie konsumiert wird, und die Abstände zwischen den Bursts (TAO, TB, TA1- TB, etc) dazu benutzt werden können um einen temporären Energiespeicher zumin¬ dest teilweise auffüllen zu können, speziell wenn die Burstabstände viel grösser als die Burstlänge gewählt werden.
Stopbit EOT 14*TB Bit O 19*TB Bit l 24*TB Startbit SOT 29*TB
Ein Burstpaket der Dauer TB weist beispielsweise 16 Perioden auf, d.h. es werden 16 kurze Lichtblitze von der IR-Sendediode D2 ausgesendet Nach einem Abstand der Dauer TAO wird erneut ein zweites Burstpaket ausgesendet Die Burstabstände TAO, TA1 sind so gewählt, dass dem Sender 10 genügend Zeit bleibt, nämlich TAO - TB, um die noch fehlende Energie zur Aussendung des folgenden Burstpaketes aufzubereiten, falls er nicht ständig über eine genügende Energiereserve verfügt Damit können Sendegeräte mit schwacher Energiequelle für die Aussendung -9- solcher Infrarot-Signale verwendet werden, indem sie nicht kontinuierlich ein schwaches Signal aussenden, sondern nur zeitlich beschränkt ein stärkeres Signal, den Burst, aussenden. Damit können insbesondere die Abmessungen und das Gewicht des Sendegerätes verringert werden, da die Energiequelle insbesondere in Handsendern üblicherweise das schwerste und in den Abmessungen unflexibelste Element darstellt
Der Empfänger 36 (Fig 7.) wertet also jeweils die Burstabstände zwischen den empfangenen Burstpaketen aus, erkennt die verschiedenen Telegramme, und leitet sie entsprechend obiger Kodierung an eine Auswertungsschaltung 38 weiter.
Der Empfänger 36 besteht aus einer Empfangsdiode Dl die Infrarotsignale in Strom umwandelt, einem Vorverstärker 40, der die empfangenen schwachen Stromsignale so vorverarbeitet, dass sie von einem nachgeschalteten zweiten Microprozessor 42 der Auswertungsschaltung 38 weiterverarbeitet werden können.
Im Empfänger 36 wird das Infrarotlichtsignal (Lichtburstpacket) mit der Empfangs¬ diode Dl in einen Stromburst umgewandelt Zur Filterung dieser Stromburst kann ein Bandpass 44 (Fig. 8) verwendet werden, der alle Störungen, die nicht im Bereich der Trägerfrequenz liegen, genügend zu dämpfen vermag, die Bursts jedoch passie¬ ren lässt Die meisten Störfrequenzen im Infrarotgebiet liegen im Frequenzbereich um 40 kHz (z.B. Vorschaltgeräte etc.)
Der Vorverstärker 40 (Fig. 8) ist so ausgelegt, dass die empfangenen Signale zuerst gefiltert und dann verstärkt werden. Nach der Verstärkung wird die Anzahl Perio¬ den des empfangenen Signals in einem Pulszähler 46 ausgezählt und falls die benö¬ tigte Anzahl Perioden empfangen wurde, wird ein einziger Empfangsimpuls S5 an den zweiten Microprozessor oder ASIC 42 weitergeleitet, der dann die Abstände zwischen diesen Pulsen auswertet
Weiter enthält die Auswertungsschaltung 38 des Empfängers 36 zwei Codierschalter 48 zur Bestimmung der Geräteadresse AI (3 niederwertige Bits) und der Gruppen¬ adresse G (3 höherwertige Bits). Der zweite Microprozessor 42 liest diese Adressen beim Empfang eines Befehlstelegrammes ein und vergleicht das Adressfeld mit der am Empfänger 36 eingestellten Adresse. Stimmen die Adressen überein, wird der Befehl zur Weiterverarbeitung abgespeichert, ansonsten verworfen. Gleichzeitig wird das Befehlstelegramm mit Hilfe der Datensicherungsbits auf fehlerhafte Über¬ tragung untersucht Falls das empfangene Telegramm als nicht in Ordnung befun¬ den wird, wird das Telegramm verworfen.
Die Auswertungschaltung 38 enthält weiter einen Speicher 50 (RAM/EEPROM) zur Speicherung von Zuständen für die Ansteuerung der Steuereinheit 52. Über sogenannte MODE-Eingänge wird dem Microprozessor 42 mitgeteilt, welcher Typ von der Steuereinheit 52 angesteuert werden soll, womit er dann das entsprechende Programm im Programmspeicher 54 (ROM) abruft Damit ist es möglich, mit einem einzigen Microprozessor 42 mehrere verschiedene Steuersignale S6 für verschieden¬ artige Steuereinheiten 52 (z.B. Phasenanschnitt, Relais, etc.) zu erzeugen und zwar abhängig von den MODE-Eingängen.
Figur 9 zeigt ein Diagramm der Senderübertragung von einem langen Tastendruck mit Infrarotübertragung der Telegramme unter Verwendung einer eingeschränkten Energieversorgung im Sendegerät zur Ansteuerung von kontinuierlichen und pseu¬ dokontinuierlichen Vorgängen mit nur einer Taste.
Eine Taste (zum Beispiel Tl) an der Tastatur 12 des Senders 10 wird zum Zeitpunkt TD gedrückt und zum späteren Zeitpunkt TE wieder losgelassen, wie in Fig 9. im oberen Diagramm dargestellt ist
Dauert der Tastendruck länger als TW (TW ist 400 ms), so wird der Tastendruck als "lang" interpretiert, und es werden ab diesem Zeitpunkt Repetiersignale R (oder HOLD Befehle) im Abstand TR vom ersten (Microprozessor 42) gesendet, bis die Taste zum Zeitpunkte TE losgelassen wird. In diesem Zusammenhang, wird vom Microprozessor 42 ein Umschaltsignal S (oder TOGGLE Befehl) gesendet, und das Aussenden der Repetiersignale R beendet Gleichzeitig bewirkt das Loslassen der Taste eine Richtungsumkehr für die Steuergrösse. Ein langer Tastendruck kann zum Beispiel dazu verwendet werden, um einen pseudokontinuierlichen Vorgang zu steuern, so dass das Ausgangssteuersignal S7 der Steuereinheit 52 des Empfängers 36 um einen kleinen Betrag delta S in kleinen Zeitschritten delta T verändert wird, wie z.B. das Dimmen von Leuchten.
Wegen der beschränkten Energieversorgung (Batterie) im Sender 10 muss der Ab¬ stand TR der Repetiersignale genügend gross gewählt werden (wenig Energiever- brauch und damit erhöhte Lebensdauer der Batterie), andererseits soll das Ende des Tastendruckes vom Empfänger 36 möglichst genau erfasst werden können, um z.B beim Dimmen den Endwert so genau wie möglich einstellen zu können. Zu diesem Zweck wird beim Loslassen der Taste das Umschaltsignal S gesendet und der Emp¬ fänger 36 interpretiert dies als Ende des Tastendruckes. Damit kann der Abstand TR zwischen den Repetierbefehlen gross gewählt werden (800ms). Die Zeitschritte delta T für die Steuergrösse sind im Verhältnis zum Abstand der Repetierbefehle R klein (ca. 60 ms) und trotzdem kann der Endwert genau eingestellt werden, weil beim Loslassen der Taste das Umschaltsignal sofort ausgesendet wird.
Ein Fehler in der Übertragung des Repetiersignals R wird im Empfänger 36 nicht als Ende des Tastendruckes interpretiert, was ja auch eine Richtungsänderung zur Folge hätte, sondern als Unterbruch, wobei die Zeitdauer TT bis zur Detektion des Unterbruches grösser als die Zeitdauer des Abstandes TR der Repetierbefehle R gewählt wird (TT : ls). Wird ein solcher Unterbruch zum Zeitpunkt TU festgestellt wird das Steuersignal S7 solange nicht mehr verändert, bis wieder ein Repetiersignal R empfangen wird, in diesem Fall wird keine Richtungsänderung vorgemerkt Das Fehlen des abschliessenden Umschaltsignales S wird als Unterbruch interpretiert, d.h. ein nachfolgender langer Tastendruck am Sender 10 wird im Empfänger 36 als Wiederaufnahme des ursprünglichen Tastendrucks interpretiert
Fig 10. zeigt das Diagramm der Senderübertragung für einen kurzen Tastendruck, der weniger als 400 ms dauert Ein Umschaltsignal S wird vom Microprozessor oder ASIC 14 gesendet, der den Empfänger 36 auf EIN resp. AUS schaltet, je nachdem ob der aktuelle Zustand AUS resp. EIN war.
Die FunKtion HALTEN wird verwendet, um eine logische Verbindung zwischen Sender 10 und Empfänger 36 herzustellen, und dient der Übertragung eines langen Tastendruckes (> 400 ms).
Ein kurzer Tastendruck erzeugt ein Umschaltsignal S oder Umschalttelegramm, ein langer Tastendruck erzeugt Repetiersignale R oder Repetiertelegramme, gefolgt von einem Umschalttelegramm S beim Loslassen der Taste.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Übertragungsverfahren für ein Infrarot-Fernsteuer-System zur Übertragung von Datensequenzen oder Telegrammen, ausgelöst durch lange und kurze Tastenbetäti¬ gungen einer Tastatur (12) zwischen einem Sender (10) und einem Empfänger (36) wo die unterschiedlichen Tastendrücke der Tastatur (12) interpretiert werden, da¬ durch gekennzeichnet, dass vom Drücken bis zum Loslassen einer Taste der Tasta¬ tur (12) wiederholt Repetiersignale (R) vom Sender (10) übermittelt werden, wobei das Loslassen der Taste ein separates Umschaltsignal (S) erzeugt und das Aussen¬ den der Repetiersignale (R) beendet, und dass für die Übertragung der Repetier- und Umschaltsignale (R) und (S) ein Burst-Pausen Modulationsverfahren im Sender (10) vorgesehen ist, wobei die Anzahl der Burstperioden je Burstpaket der Dauer TB, und die Burstabstände TAO, TAl... derart gewählt sind, um während dieser Pausen trotz einer Stromversorgung (26) mit niedriger Spannung und Kapazität über einen DC/DC Wandler (28) einen Speicher aufzuladen, der die notwendige Energie und Spannungsamplitude für die Übertragung bereitstellt
2. Übertraguπgsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltung vorgesehen ist, die beim Empfänger (36) das Fehlen eines Repetier¬ signales (R), welches nach einem längeren Drücken als 400 Millisekunden und im Abstand von höchstens 1 Sekunde wiederholt bis zum Loslassen der Taste ausge¬ sendet wird, nicht als Ende des Tastendruckes sondern als Unterbruch interpretiert
3. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 16 Perio¬ den pro Burstpaket verwendet werden, wobei vier unterschiedliche Informationsein¬ heiten mit vier unterschiedlichen Burstabständen benötigt werden, um je eine Infor¬ mationseinheit zur Kennzeichnung des Beginns resp. des Endes der Datensequenz und der Darstellung der Zustände 0 und 1 zur Verfügung zu haben und dass der Burstabstand wenigstens das 10-fache der Burstpaketlänge beträgt
4. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der für die Erzeugung der Übertragungsenergie notwendige Spannungswandler ein magneti¬ scher Wandler ist, dem zur Zwischenspeicherung der Energie ein Kondensator (Cl) nachgeschaltet ist
5. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der
Empfänger (36) nach dem Empfang eines Repetiersignales (R) während mindestens des Zeitabstandes der Repetiersignale eine Anzahl diskreter Steuersignale (S7) erzeugt
6. Daten-Übertragungseinrichtung zwischen einem Infrarot-Sender (10) und einem Infrarot-Empfänger (36), bei dem der Sender (10) eine Tastatur (12) mit einer Adressvorwahlschaltung (18) und mindestens einer Sendediode (D2) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass im Sender (10) ein Microprozessor oder ASIC (14) vorgesehen ist, der eine PPM-Codierung und eine nachfolgende Trägerfrequenz¬ modulation durchführt, um ein Sendesteuersignal (TM) zu erzeugen, dass zur Ansteuerung eines Sendeverstärkers (24), der in Serie mit mindestens einer Sendediode (D2) geschaltet ist benötigt wird, und dass der Microprozessor oder ASIC (14) die Speisung (16) des Senders ( 10) beim Loslassen der Taste deaktiviert.
7. Daten-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (36) mindestens eine Empfangsdiode (Dl ) enthält, die so von einem Microprozessor oder ASIC (42) angesteuert wird, dass die empfangenen Pulse oder Burstpakete der Empfangsdiode (Dl) in einem Vorverstärker (40) gefiltert und geformt werden, und dass der Microprozessor oder ASIC (42) die Abstände zwischen den Pulsen auswertet, um die verschiedenen Telegramme zu erkennen.
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